Sebastian Brehm, 12.01 · Quellen • • ‐duisburgssen.de/servlets/DerivateServlet/Derivate ...
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Gliederung• Membrane
• Aufbau und Funktion• Phaseninversion
• Membranmaterialien• Polysulfon• Polyethylensulfon• Polyetherimid• Weitere
• Membranenherstellung• TIPS‐Verfahren• NIPS‐Verfahren
• Anwendungsgebiete• Dialyse• Umkehrosmose
• Quellen2
Membran
• lat. Membrana = die Haut• Zwischenphase zwischen zwei benachbarten Phasen• Ermöglicht Stoffaustausch zwischen den Phasen:
• Permeabilität• Semipermeabilität
• Selektive Barriere (Selektivität)• Einsatz in Natur und Technik (Filtration)
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Aufbau und Funktion
• 2 Modelle des Stofftransports:• Lösungs‐Diffusions‐Modell (dichte Membran)• Hydrodynamisches Modell (Porosität)
• Einteilung:
• Triebkraft: Druck, Konzentrationsunterschied, (E‐Feld)
Filtration Mikrofiltration Ultrafiltration Nanofiltration Umkehrosmose
Größenordnung > 0.1 μm 1000 … 2 nm < 2 nm < 100 g/mol
Porenfluss Diffusion
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S1S2
Aufbau und Funktion
• Kontinuierliche/diskontinuierliche Poren
• Schema:
https://cuvillier.de/uploads/preview/public_file/1640/9783869553665.pdf5
Phaseninversion
• Umkehr der Phasenlage• Phasenseparation:räumliche Entmischung einer Emulsion oder Suspension in 2 nicht mischbare Phasen
=> Wichtiger Prozess für Membranherstellung
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Polysulfon (PSU)
• Darstellung aus Bisphenol A Salz und Sulfonylchloriden• Amorpher Kunststoff: starr, hochfest und sehr transparent• Gute Chemikalienbeständigkeit: aber löslich in organischen Lösungsmitteln• Hochleistungskunststoff: Spritzgießen, Extrudieren und Warmumformen
Wilhelm Keim ‐ Kunststoffe: Synthese Herstellungsverfahren …
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Polyethersulfon (PES)
• Darstellung: Polykondensation von Sulfonen mit Phenolaten (Ethergruppen)• Noch fester, steifer als PSU• Günstiges Brandverhalten, Hochtemperaturbeständig• Ausgezeichnet Kriechbeständig
Wilhelm Keim ‐ Kunststoffe: Synthese Herstellungsverfahren …
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S4
Polyetherimid (PI)
• Darstellung durch Polykondensation von Bisphthalsäureanhydrid und 1,3‐Diaminobenzol
• Große mechanische Festigkeit• Hohe Thermobeständigkeit• Gutes Filmbildungsvermögen• Relativ kostengünstig
http://www.wiley‐vch.de/books/sample/3527309799_c01.pdf
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Membranherstellung
• 2 Arten der Herstellung von Membranen:• Flachmembran• Hohlfaser• (Wickelmodul)
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Thermisch induzierte Phasenseparation (TIPS)
http://www.membrana.com/index.php/manufacturing/tips
• Polymer + Lösemittel mit oberer kritischer Lösungstemperatur
• Lösung wird bei hoher Temperatur gegossen
• Abkühlen führt zum Entmischen
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S5S6
Folie 14
S5 Lösemittel bspw. DimethylacetamidSebse; 12.01.2015
S6 interessant für schwerlösliche (Polypropylen)Sebse; 12.01.2015
Nicht‐Lösungsmittel induzierte Phasenseparation (NIPS)
• Industriell am häufigsten eingesetztes Verfahren• Isotherme Phaseninversion• Phasenseparation durch ein Fällmittel/Nicht‐Lösungsmittel (Wasser)• Austausch des Lösungsmittels gegen Fällungsmittel• Bildung einer anisotropen Porenstruktur
http://www.pvt.tu‐berlin.de/fileadmin/fg158/Dokumente/Skript_Loesungen/MembranVL/K03_Membranhersellung.pdf
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S7
Einflussfaktoren
• Zeit• Polymerkonzentration• Lösungsmittel• Additive• Temperatur• Variation des Fällungsbades
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Weitere Methoden
• Verdampfungsinduzierte Phasenseparation (EIPS)
• Dampfinduzierte Phasenseparation (VIPS)
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Dialyse
• Niere entgiftet Körper (bildet Urin)• Niereninsuffizienz bspw. Aufgrund von Diabetes
Mögliche Blutvergiftung, die zum Tod führen kann
• Dialyse „ersetzt“ Funktion der Niere• Möglichkeiten der Nierenersatzbehandlung:
• Peritonealdialyse (PD) (Bauchfell als natürliches Filterorgan)• Blutwäsche über eine Membran: Hämodialyse (HD)
Vortrag Fresenius Med. Care
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Membranenhohlfasern
http://www.pvt.tu‐berlin.de/fileadmin/fg158/Dokumente/Skripte_Loesungen/MembranVL/K03_Membranherstellung.pdf
Video Herstellung Membranhohlfasern
https://www.youtube.com/watch?v=leDdwz7uEwI
Fresenius Med. Care
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Umkehrosmose
• Verwendung dichter Membranen (häufig Cellulose ‐> PSU)• Natürlicher Osmose‐Prozess wird umgekehrt• Aufbringen eines Drucks• Aufkonzentrieren von in Flüssigkeiten gelösten Stoffen durch eine semipermeable Membran
• Nutzung zur Aufbreitung von Trinkwasser:• Abwasser• Meerentsalzung
http://www.fumatech.com/NR/rdonlyres/DBFD618E‐EDC6‐4B2E‐9F1E‐925C210639A5/13122/umkehrosmose1.jpg
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Gore‐Tex Membranen
• Membranen aus Polytetrafluorethylen (PTFE)• Die Poren lassen Dampf durch• Wassermoleküle sind jedoch größer• Anwendung bspw. für Outdoor‐Textilien
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Quellen
• https://cuvillier.de/uploads/preview/public_file/1640/9783869553665.pdf
• http://duepublico.uni‐duisburgssen.de/servlets/DerivateServlet /Derivate‐37857/Dissertation_Yavuz.pdf
• https://books.google.de/books?id=9x2ievWKBzwC&pg=PT128&lpg=PT128&dq=polyethersulfone+herstellung&source=bl&ots=nS4ooXDkYC&sig=YppPQP2x_EFVeIbqKZx8RV7yPqE&hl=de&sa=X&ei=fL6yVPKQLdDwaLLzgpAM&ved=0CE8Q6AEwCA#v=onepage&q=polyethersulfone%20herstellung&f=false
• https://books.google.de/books?id=8SwGh1XnovQC&pg=PT15&lpg=PT15&dq=membranf%C3%A4llung&source=bl&ots=NwzJ44oK_Y&sig=BN55n0_b7V‐wVwoWe8nyky1YNBE&hl=de&sa=X&ei=5nuyVOG9KYjnaLHZgdAF&ved=0CCQQ6AEwAQ#v=onepage&q&f=false
• http://duepublico.uni‐duisburg‐essen.de/servlets/DerivateServlet/Derivate‐33192/Dissertation_Stahra.pdf
• http://www.pvt.tu‐berlin.de/fileadmin/fg158/Dokumente/Skripte_Loesungen/MembranVL/K03_Membranherstellung.pdf
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